對5G技術(shù)、霧計算與智能家居結(jié)合的研究

劉笛，秦琪舒

（西安石油大學機械工程學院，陜西 西安 710065）

隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)讓我們身邊冰冷、毫無生氣的電器，就像突然被賦予了生命，彼此緊密相連，從而更智能地服務于我們的生活。

智能家居智能在何處？使用者只需通過一個關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，就可以構(gòu)建出整個社會家庭的日常事務并進入管理工作模式。所有家居都可以通過手機應用程序、平板電腦或遙控器進行一鍵操作，方便控制家居照明、電視等家電。

雖然物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)前景光明，發(fā)展正處于黃金時代。但是，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也面臨著諸多問題挑戰(zhàn)。第一個是技術(shù)挑戰(zhàn)，很多適合物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的高端精密傳感設(shè)備，包括高性能處理器、低功耗處理器等，目前相關(guān)技術(shù)并未徹底成熟；第二個則是安全挑戰(zhàn)，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備高達126億臺，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備激增也意味著安全漏洞會越來越多，物聯(lián)網(wǎng)極易成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的目標。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概念

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分之一，其英文名稱是“the Internet of things”。因此，簡單來說，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相互連接，以互聯(lián)網(wǎng)為支撐，它通過射頻識別（RFID）系統(tǒng)、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等前端傳感器，按照既定的標準化協(xié)議將物理實體連接在一起，并利用信息的智能處理和戰(zhàn)略控制方法實現(xiàn)物理環(huán)境和物體識別，是一個包括定位、跟蹤、監(jiān)控和管理功能的綜合信息系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)在物品信息之間的基礎(chǔ)上延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)。得益于客戶端的擴大，各設(shè)備之間才可以實現(xiàn)信息的交換和溝通。

1.2 統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)概念沒有統(tǒng)一且標準的定義，涉及的行業(yè)也多種多樣，因而提出物聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一概念是必要和有意義的。

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展應用研究技術(shù)在各行各業(yè)的大規(guī)模普及，物物互聯(lián)的業(yè)務會比人與人之間通信的業(yè)務管理更加輕松便利，物聯(lián)網(wǎng)定會成為下一個萬億級的信息科學技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的概念和各種標準組織的建立，物聯(lián)網(wǎng)的各種協(xié)議和架構(gòu)正朝著統(tǒng)一標準的方向發(fā)展。建立為人服務的物的基礎(chǔ)架構(gòu)和應用體系，是統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)概念的核心關(guān)注點。只有在統(tǒng)一的標準和架構(gòu)體系下，才能盡快推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟和大規(guī)模商用。

2 智能家居概況

2.1 物聯(lián)網(wǎng)在智能家居領(lǐng)域的應用

智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)的影響下出現(xiàn)的物聯(lián)化的產(chǎn)物。智能家居是一種生活環(huán)境，它以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為平臺，連接各種家居設(shè)備，從而實現(xiàn)智能生活環(huán)境。智能家居系統(tǒng)的構(gòu)筑過程可稱為智能家居集成，其將各類家居設(shè)備主要通過自己設(shè)置程序的手段，使設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動化，同時也是為了實現(xiàn)我們對家庭設(shè)備的遠程操控，借助于綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全風險防范技術(shù)、自動控制科學技術(shù)、音視頻技術(shù)等，構(gòu)建起一個更加高效的住宅設(shè)施和家庭日常事務的管理系統(tǒng)。

智能家居具有主動性和智能性的特點，可以提供全方位的信息交流，幫助家庭與外界保持信息暢通，更好地提供家庭服務，創(chuàng)造舒適宜人的家庭生活空間。智能控制家居的特點之一是強調(diào)人的主觀意識能動性，重視人與所居環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，以易用性和人性化管理為主。通過人工智能創(chuàng)造更舒適的居住環(huán)境，實現(xiàn)以人為本的生活理念。因而，組成智能家居的基本條件為：擁有一個相當于房子中樞神經(jīng)系統(tǒng)的家庭網(wǎng)絡(luò)，能夠連接互聯(lián)網(wǎng)，通過這個網(wǎng)絡(luò)為用戶提供各種服務。

2.2 智能家居現(xiàn)狀

當前，我國的智能家居技術(shù)尚未徹底成熟，總體還處于發(fā)展階段。從智能家居初步發(fā)展至今已經(jīng)走過十余年的時間，這段時間里，各家智能家具制造商也在不斷角逐競爭，一方面確實推動了智能家居的發(fā)展，軟硬件的升級，加快了智能家居產(chǎn)業(yè)化，然而由于智能家居系統(tǒng)規(guī)模龐大，產(chǎn)品走向單一化、同質(zhì)化是不可避免的。雖然現(xiàn)在各廠商對其產(chǎn)品宣傳力度很大，人民已經(jīng)理解并接受智能家居，但是但是大多數(shù)智能家居設(shè)備還沒有實現(xiàn)真正的智能化，智能化程度不是很高，沒有達到預期的智能效果。

科技的本質(zhì)不是炫技，而是要看得見的生活效率。智能家居發(fā)展不能止步于對設(shè)備的遠程控制或者單一設(shè)備的使用，而是要將全屋的電子家居設(shè)備都納入智能化控制范圍內(nèi)，既能單獨使用又能實現(xiàn)全屋設(shè)備聯(lián)動，人與家的互聯(lián)互通，做到真正的智能化、一體化，讓雙手解放，生活更加輕松便捷。

3 5G技術(shù)進一步推動智能家居的發(fā)展

時代在進步，技術(shù)水平不斷創(chuàng)新發(fā)展，智能家居從最初的構(gòu)想已經(jīng)開始到現(xiàn)在實際且廣泛的應用于我們的生活環(huán)境當中。如今，隨著5G技術(shù)的日益成熟，加速萬物互聯(lián)，中國的智能家居行業(yè)將更上一層樓。

5G技術(shù)的特點是，高速度、泛在網(wǎng)、低功耗、低時延。通過5G技術(shù)可以作為媒介，可實現(xiàn)自動化控制信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)進行系統(tǒng)和通訊技術(shù)發(fā)展一體化。從兩個方面分析，一是智能家電和家庭安全數(shù)據(jù)需求快速穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)傳輸將作為5G技術(shù)商業(yè)投資的基礎(chǔ)，這意味著這一環(huán)節(jié)將進一步完善。另一重要方面，隨著5G技術(shù)的發(fā)展，5G技術(shù)正變得越來越完善成熟，人工進行智能信息技術(shù)和云計算等其他企業(yè)技術(shù)也將得到有效推廣。硬件在智能家居中的有利發(fā)展變化，設(shè)施及相關(guān)信息技術(shù)的進步對智能家居生態(tài)文明建設(shè)起到了一個極大的推動社會作用。

隨著5G技術(shù)浪潮的到來，房屋住宅將不再是鋼筋混凝土建造的冷空間。在傳輸效率更快的5G時代，消費者對改變?nèi)祟惿盍晳T的智能家居只會有更嚴格、更高的要求。它給家電家居企業(yè)產(chǎn)品的類人服務發(fā)展提供了通訊技術(shù)條件，比如空調(diào)系統(tǒng)可以通過自動進行調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、關(guān)啟；窗簾可以同時根據(jù)晝夜亮度變化或用戶的意愿自動開合等等。這些人性化家電智能功能的實現(xiàn)，將使家居更加“人性化”，具有“溫度”。

4 霧計算與智能家居的結(jié)合

霧計算，英文名稱FogComputer，也被稱為霧聯(lián)網(wǎng)。霧計算的概念是2014年由思科公司所提出，可以視為是云計算的一種延伸。通過霧計算的架構(gòu)，可以把計算的需求分層次、分區(qū)域處理，從而避免或到緩解網(wǎng)絡(luò)擁堵情況。

4.1 霧計算怎樣解決物聯(lián)網(wǎng)挑戰(zhàn)

在物聯(lián)網(wǎng)應用程序中，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生在上萬億兆節(jié)，需要快速、大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理，但不能反復地傳輸?shù)皆贫?，霧計算非常適合。隨著數(shù)以百萬計的設(shè)備大量連接到物聯(lián)網(wǎng)，大量數(shù)據(jù)在以驚人的速度產(chǎn)生，數(shù)據(jù)正在爆炸。云存儲在數(shù)據(jù)計算、存儲和管理方面面臨壓力。霧計算在這些物聯(lián)網(wǎng)應用中扮演著重要角色。

霧計算是一種分布式計算結(jié)構(gòu)，它處理、存儲和智能控制數(shù)據(jù)設(shè)備。這種心理彈性結(jié)構(gòu)將云計算技術(shù)服務進行拓展到互聯(lián)網(wǎng)的角角落落。霧計算的核心是霧層。在霧層中部署有貼近用戶的、高密度的計算和存儲設(shè)備，極大地降低了傳統(tǒng)云計算的時延，同時也能給予用戶移動性的支持。因此，縮短了網(wǎng)絡(luò)之間的距離，提高了工作效率，增加了需要傳輸?shù)皆贫诉M行處理、分析和存儲的數(shù)據(jù)量。能使用霧計算的設(shè)備管理目標是對時序要求嚴格的數(shù)據(jù)信息進行研究分析，如設(shè)備工作狀態(tài)、故障警報、警告狀態(tài)等。這可以最大限度地減少延誤，提高效率，防止重大危險。

4.2 霧計算在智能家居上的應用

智能家居由多種設(shè)備和聯(lián)接傳感器系統(tǒng)組成。但是，這些設(shè)備有不同的平臺，不易集成。霧計算提供了一個統(tǒng)一的界面，將所有不同的單個設(shè)備集合在一起，并為智能家庭應用程序提供靈活的資源，協(xié)助物聯(lián)網(wǎng)后臺計算的運作更有效率，以便實時存儲、處理和減少延遲。引入霧計算后的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)性能得到改進。

4.3 霧計算的優(yōu)勢

霧計算可以對智能電網(wǎng)、智慧城市等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的數(shù)據(jù)進行快速處理和分析。為終端設(shè)備和云端計算服務器可以提供發(fā)展所需信息交互。全球分布式網(wǎng)絡(luò)可以縮短停機時間。功能計算機更分散，設(shè)備位于網(wǎng)絡(luò)邊緣，使實時服務減少數(shù)據(jù)傳輸延遲。

霧計算是為大量智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供節(jié)能、高效、易于管理的通信的關(guān)鍵因素。憑借諸如低延遲、安全性、位置進行偵測、多服務器節(jié)點、實時數(shù)據(jù)連接和可移動性等突出學生特點。霧計算與物聯(lián)網(wǎng)的融合將有助于解決與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各種問題。

5 結(jié)語

在5G和“云”的時代，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)與我們的生活密不可分。隨著各項科學技術(shù)的不斷發(fā)展，無人化和智能化將是未來發(fā)展的必然趨勢。物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)、霧計算與智能控制家居的結(jié)合，會讓我們的生活、辦公環(huán)境更加安全、舒適、便捷、高效且具有一定藝術(shù)性。希望通過科學管理技術(shù)的進步與提升能夠為我們帶來更多便捷、推動我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，提高人民的生活質(zhì)量，讓每個人都有機會親身感受科技給我們的生活環(huán)境帶來的巨大變化。